DE492614C - Instrument zur Messung veraenderlicher Kraefte, insbesondere Barometer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Instrumente zur Messung veränderlicher Kräfte, insbesondere Barometer, deren unter Einwirkung der zu messenden Kräfte bewegliches-' Meß organ, z.B. eine druckempfindliche Membran, durch ein Übersetzungsgetriebe mit einem die Ablenkung des Meßorgans anzeigenden Zeiger verbunden ist. Gemäß der Er-

■ · findung wird durch ein Übersetzungsgetriebe, das in an sich bekannter Weise aus einem zwischen zwei unter Einwirkung der zu messenden Kräfte gegeneinander beweglichen Teilen eingespannten, unter Federspainnung stehenden Bandsystiem besteht, die Biswegung des Meßorgans auf einen Zeiger übertrag|en„ dessen Drehachsen zu dar Richtung, in der das Bandsystem zwischen den EinspannpH'nkten gestreckt wird, parallel oder im we- sentlichen parallel ist.

ao In erster Linie läßt sich die Erfindung bei Instrumenten anwenden, bei denen das bewegliche Meßorgan unter der Einwirkung der zu messenden veränderlichen Kräfte und der eines entgegenwirkenden Federsystems steht und die Spannung des Fedlersystems zur -Ablesung des Instrumentes nach der Nullmethode mittels einer Nullstdlvorrichtung verändert wird.

Für Ablesung nach der Nullmethode eingerichtete Instrumente, bei denen ein· aus biegsamen ' Bändern - oder .Drähten bestoheritfes Übersetzungsgetriebe gemäß der Erfindung zur Übertragung der Bewegungen des Meßorgans auf einen leicht beweglichem Zeigjer dient, sind für PräzisionsmesBungen sehr geeignet, insbesondere wenn die Zapfenlagerung des Zeigers durch eine aus verdrehbaren,' weichen Federn bestehende elastische Aufhängevorrichtung ersetzt wird; denn -bei einem so ausgebildeten Instrument könnendie Meßfehler auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, weil sowohl _die Reibung wie der sonst nicht zu vermeidende tote Gang, praktisch genommen, gänzlich vermieden sind.

Da bei einem Barometer das Meßargan aus praktischen Gründen so angeordnet ist, daß seine Bewegung in der Richtung der senkrechten Achse erfolgen und dementsprechend die Dehnungsrichtung des. elastischen Bandsystems ebenfalls senkrecht ist, schwingt nach. der Erfindung der Zeiger in waagerechter oder im wesentlichen waagerechter Ebene. Dadurch wird möglich, die Zeigerlänge groß zu wählen, ohne die Höhe des Instrumentes in entsprechendem Maße zu vergrößern.

Bei bekannten Barometern mit einem bewegungsübertragenden Banksystem dier genannten xArt wurde dagegen! immer die Drehachse des Zeigers im rechten Winkel zu der senkrechten Achse des Instruments angeordnet, so daß der Zeiger eine im wesentlichen senkrechte Lage und das Instrument bei

großer Zedgerlänge eine im Verhältnis zum Durchmesser große Höhe erhält.

In Verbindung mit der Anordnung der Drehachse, parallel zur Dehnungsrichtung des Bandsystems, läßt sich außerdem, wie gezeigt wird, ein besonders großes Übersetzungsverhältnis des Bandsystems und eine sehr leicht bewegliche Anordnung des Zeigers herausbilden, so daß die Erfindung auch to bei anderen Präzisionsmstrumenten als Barometern mit Erfolg verwendet werden kann. Die Zeichnung stellt zwei Auisführuingsbieispiele eines Präzisionsbaromteters dar, bei dem dem auf eine Membran wirkenden Gasdruck eine Federkraft von durch eine Nullstellvorrichtung regelbarer Gesamtsparuxung entgegenwirkt.

Abb. ι und 2 sind eine Seiten- und eine Vorderansicht des Instruments nach der einen «o Ausführungsform, Abb. 3 zeigt im Grundriß das Bandsystem dieser Ausführungsform, Abb. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht die andere Ausführungsform.

Das unter der Wirkung des äußeren Gases drucks stehende Meßorgan besteht aus einer Membrandose 2, die auf der Unterseite einer . Grundplatte 1 befestigt ist. An dear nach unten gekehrten Membran der Memlbrandosie 2 ist mittels einer Mutter 3 der -untere Schenkel einer U-förmig gebogenen Blattfeder 4 befestigt, deren oberer Schenkte! in einer Nut 5 einer quer über die Grundplatte laufenden Schiene 6 liegt. Die Lage der Schiene 6 kann durch Stellschrauben geändert und dadurch die Spannung der Blattfeder geregelt werden.

Zu beiden Seiten der Mutter 3 ist die Blattfeder mit zwei Augen 7 versehen, in denen die unteren Enden zweier Schrauibenf ädern 8 befestigt sind. Die oberen Enden der Federn sind an einem Joch 9 befestigt, das mit einer Mutter 10 auf einer Mikrometerschraube 11 verbunden und durch Drehung dieser Schraube in senkrechter Richtung verstellbar ist. Die Mükrometerschraiuibe 11 ist mit ihrem unteren Ende in einem! Stehlager 12 geführt und oben mit einem Handgriff 13 versehen. Die Mutter io 'hat einen nach vorn gerichteten Arm 14, dessen äußeres Ende gabelförmig ist und einen als; Geradführung dienenden Ständer 15 im Gestell umfaßt, so daß die Mutter bei' der Drehung der Mikrometerschraube 11 gehoben oder gesenkt und die Spannung der Federn 8 vermehrt oder vermindert wird. Die Teile 10 bis 14 bilden zusammen eine Nullstellvorrichtunig, mittels derer die Membran nach der Ablenkung! einles Nullzeigers in eine bestimmte Normallage zurückgebracht werden kann. Die Nullstellvorrichtung, deren jeweilige Emsteüung an einer festen Skala 16 und einem mit der Mikrometerschraube 11 verbundenen Zeiger 17 abgelesen werden kann, regelt nur di|e Spannung¹ der verhältnismäßig schwachen Federn 8, während die Spannung der Blattfeder 4 von der Nullsttellvorrichtung unabhängig ist.

Bei der beschriebenen Ausfütoruingsform wirken die mittels der Nullstellvorrichtung einstellbaren Federn 8 der Blattfeder 4 entgegen, und die Spannung¹ der Blattfeder muß deshalb größer sein als der auf die Membran wirkende Gesamtluftdruidk. Die Anordnung könnte natürlich auch umgekehrt sein, so daß üie einstellbaren Federn 8 in derselben Richtung wirken wie die Blattfeder 4, deren Spannung dann kleiner sein muß als der auf die Membran wirkende Gesamtluftdruck.

Der untere Schenkel der Blattfeder 4 ist mit einem Ansatz 18 versehen, dessen vorderes Ende zwischen zwei Hemmachrauben 18' spielt, um die Bewegungen der Membran zu begrenzen.

Das zwischen der Membran und dem Zeiger angeordnete Übersetzungsgetriebe hat zwei Paar biegsame Bänder 19, 20 und 19', 20'. Jedes Paar bildet eine in stumpfem Winkel gebogene Verbindung zwischen dem Ansatz 18 der Blattfeder 4 und .einer oberen festen Platte 21 im· Gestell, die zugleich als Träger für die Skala 17 dient. Die Befestigungspunkte a, u' des Bandsystems am Ansatz 18 und seine Befestjjgungspunkte öj, b' am Gestell liegen in einer zur Symmetrieebene des Instruments senkrechten Ebene. Die Knickpurikte c, d der beiden "Bänder 19, 20 und 19', 20' sind durch Bänder 22, 22' mit den Enden 23, 23 eines Hebels auf eimer senkrechten Zeigerwelle 24 verbunden (Abb.3), die von zwei im Gestell befestigten Schraubenfedern 25, 26 getragen wird. Durch diese elastische Aufhängung der Zeigerwelle 24 ist die Welle leicht und ohne Zapfenreibung drehbar. Die Welle 24 trägt den Nullstellzeiger 27', der rechtwinklig zur Welle 24, also im· wesentlichen, waagerechter Ebene, schwingbar ist. Wie aus Abb. 3 hervorgeht, liegen die beiden Bänder 19, 20 und 19', 20' in zwei einander parallelen Ebenen a, b, c und <t!, b', <?, die bei jeder Veränderung des Abstandes der beweglichen Punkte a, a' von den festen Punkten b, b' sich infolge der Verbindung der Punkte C, <f mit dem Hebel 23, 23 um¹ die Achsen «, b und a', V drehen.

Der Nullzeiger 27 schwingt im einer Aussparung im Lager 12 der Mikrometerschraube 11. Sein hinteres Ende ist um den Rand der die Skala 16 tragenden Kreissicheibe gebogten, die der Spitze des Zeilgers gegenüber eine kurze Nullskala 28 trägt, sein vorderes Ende iao trägt ein Gegengewicht 29.
Wenn die Spannung der Schranbenfedeni 8

so eingestellt ist, daß die Resultierende der auf die Membran wirkenden Federkräfte genau gleich, dem Luftdruck ist, steht der Zeiger 27 über dem Nullstrich der NuIlskala 28. Sinkt der Luftdruck, biegt sich.die Membran infolge der überwiegenden Spannung der Blattfeder 4 etwas nach unten!, das Bandsystem wird gedehnt, die stumpfen Winkel a, c, b und a', c', fr werden noch etwas stumpfer, die Bänder nähern sich den Ebenen a, a' und b, fr, und der Nullzeiger 27 macht einen Anschlag. Um bei der Ablesung des Instruments die Membran in ihre Nulllage zurückzuführen, muß der Handgriff 13 im Sinne des Uhrzeigers so weit gedreht werden, bis der NuHzeäger 27 wieder auf Null zeigt. Durch, diese Drehung werden die Mutter 10 und das Joch 9 gehoben, die Spannung der Schraubenfedern 8 wird vergrößert und die Resultierende der an der Membran angreifenden Feder spannungen !entsprechend dem kleineren Luftdruck verringert. Bei steigendem Luftdruck erfolgt die Kompensierung umgekehrt durch Drehung des Handgriffs 13 entgegen dem Uhrzeiger, die Spannung der Schraubenfedem 8 wird vermindert und die Gesamtfederspannung an der Membran vergrößert.

Die Gesamtdrehung des Handgriffs 13 in dem Augenblick, in dem der Nullzeiger 27 auf Null steht, ist ein Maß des in diesem Augenblick herrschenden Luftdrucks, der diurch. den Zeiger 17 an der Skala 16 angezeigt wird. Bei der Ausführungsform nach. Abb. 4 besteht das- als Übersetzungsgetriebe dienende Bandsystem wieder aus den beiden in Winkel gebogenen Bandverbindungen 19, 20 bzw. 19', 20', doch sind die Knickpunkte c, c' direkt, d.h. ohne Vermittlung der biegsamen Zwischenverbindungen 22, 22', an das drehbare Zeigersystem angeschlossen.

Die beiden unteren Bänder 19, 19' sind mit ihren unteren Enden bei α und a' an dem Ansatz 18 des unteren Schienkels, der Blattfeder 4 befestigt, während ihre oberen Enden an den unteren Rand eines dünnen, rechteckigen Blechs 30 angeschlossen sind, das durch die an der festen Platte 21 bei b bzw. fr befestigten oberen Ränder 20, 20' getragen wird. Die beiden Enden dies Blechs 30 sind nach entgegengesetzten Seiten rechtwinklig zu Lappen 30 umgebogen, an denen die inneren Enden zweier Schraubenfedem 32 und 32' befestigt sind. Die äußeren Enden der Federn greifen an Blechstreifen 34 bzw. 34' an der Grundplatte 1. Die Spannung der Federn 32, 32' ist so gewählt, daß das. Blech 30 in der Ruhe, d.h. wenn die Membran sich in ihrer Mittellage befindet, senkrecht zur Ebene a, a', b, b' steht, die Ebene des Blechs also mit der Mitteleb'ene des Instruments zusammenfällt. Das Bandsystem ist eimer Vierdrehung unterworfen, da die Ebenen dfer beiden Bandverbindungen 19, 20 bzw. 19', 20' aus der Ebene der vier Befestigungspunktle. a, a', b, fr herausgedreht sind. Die beiden Knickpunkte c, c', die ungefähr auf der Mittellinie des Blechs 30 liegen, stehen auf verschiedenen Seiten der Ebene a, a', b, fr.

Der Nullzeiger 27 ist in der Mittelachse des Blechs 30 befestigt, im¹ übrigen in ähnlicher Weise wie der Zeiger in Abb. 1 und 2 angeordnet. Wie ersichtlich, wird der Zeiger 27 bei der Ausführungsform¹ nach Abb. 4 durch das Bandsystem 19, 20' getragen, das hier selbst die elastische Aufhängung des Zeigers bildet, und zwar so, daß dler Zeiger um eine in der Mittelebene des Instruments liegende senkrechte Achse reibungslos schwingen kann. Der elastische Widerstand gegen die Schwingungen des Zejjgers um.¹ die Achse kann beEebig klein gewählt werden, weil die Schraubenfedern 32, 32', die nicht tragen, sondern nur die erforderliche elastische Richtkraft ausüben sollen, verhältnismäßig sehr lang und weich ausgeführt werden können. In dieser Beziehung hat die Anordnung nach Abb. 4 gegenüber der vorher beschriebenen Anordnung einen wesentlichen Vorteil. Nach Abb. 1 und 2 haben die Federn 25, 26, die die Richtkraft ausüben, außerdem noch die Aufgabe, das ganze Zeigersystemi' zu tragen und müssen aus diesem Grunde verhältnismäßig kräftig ausgeführt werden, so daß sie einer Ablenkung des Zeigers einen entsprechend großen Verdrehungswiderstand! entgegensetzen.

Das aus den weichen, biegsamen Bändern 19, 20' bestehende Übersetzungsgetriebe ergibt im ganzen eine sehr leichte Beweglichkeit des schwingbaren Systems. Die Anzahl der in Winkel gebogenen Bandverbindungen oder Bandpaare 19, 20 bzw. 19',, 20' kann beliebig gewählt werden; die Bandpaare stehen vorzugsweise symmetrisch zur Drehachse des Zeigers.

lh beiden beschriebenen Fällen kann das Übersetzungsverhältnis durch Vergrößerung der stumpfen Winkeln, c, b bzw. a', c', fr vergrößert werden. Im Falle der Abb. 4 kann es außerdem¹ noch durch Verkleinerung der waagerechten Abstände a, a' bzw. b, fr zwischen den Befestigungspunkten des Bandlsystems vergrößert werden. Da praktisch genommen alle Reibungswiderstände in den beweglichen Systemen beseitigt sind, kann das Übersetzungsverhältnis unbedenklich sehr groß gewählt und die Empfindlichkeit dies Instruments entsprechend gesteigert werden.

Durch die senkrechte Anordnung der Drehachse des NuHzeigters 27 ergibt sich, wie schon erwähnt, der Vorteil, daß die Höhe

des Instruments von der Zeigerlänge unabhängig wird. Die betreffende Anordnung hat noch, den weiteren Vorzug, daß dias schwingbare Nullzeigersystem mittels des Gegiengewicnts 29 so ausgeglichen werden kann, daß die Einstellung des Nullzeigers nicht durch Schiefstellung des Instruments beeinflußt wird. Bei bekannten Höhenmessern der vorliegenden Art hat es sich als unmöglich erwiesen, die Einwirkung des Gewichts des Nuülzieigers auf die Einstellung des letzteren bei schiefer Stellung des Instruments genau zsu beseitigen. Insbesondere in drei Haüptneiijgunigsnchtun,-gen können die Meßfehler beträchtlich wierden. Diese Erscheinung beruht wahrscheinlich darauf^ daß die Achse des Nullzeigers bei den bekannten Instrumenten in eimer waagerechten Ebene Hegt und d!as Gegengewicht des Zeigers unter gewissen Nieigungs-

so Verhältnissen wirkungslos wird. Bei der Ablesung muß das Instrument deshalb durch j eine Wasserwaage genau in die richtige Lage eingestellt sein, und die Handhabung wird beschwerlich und zeitraubend.

*5 Durch die senkrechte Anordnung¹ der Drehachse des Nullzeigers 27 nach der Erfindung wird dieser Nachteil -beseitigt. Es hat sich erwiesen, daß die störende Einwirkung kleinerer Abweichungen aus der normalen Lage des; Instruments in irgendeiner der vier Hauptrichtungen und folglich im jeder beliebigen Neigung und durch passende Bemessung des Gegengewichts 29 beseitigt werdlen kann, und daß die dias Gegengewicht 29 tragende Verlängerung des Nullzeigers 27 im allgemeinen in -der Schwingungsebene des Zeigers etwas nach der Seite umgebogen werden muß, um eine genaue .Kompensierung zu erreichen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ergibt besondere Vorteile hinsichtlich der Ausführung des Zeigersystems bei .einem Bardmeter der.beschriebenen Art, bei dem das an der Membran angreifende" Federsystem aus einer Blattfeder von konstanter Spannung und aus regelbaren Schrau'benfedern besteht, läßt sich aber. auch bei anderen Instrumenten mit Vorteil zur Ausführung bringen, und zwar z. B. bei Instrumenten, die zur. Messung von Gewichtes Gas- oder Flüssigkeitsdrucken, elektrischen Kräften, Strömen, Spannungen Leistungen usw. dienen, endlich auch bei Instrumenten, die nicht für Ablesung· nach der Nullmethode ausgebildet sind¹. Die exzentrische Anordnung des· in einer wesentlich. waagerechten Ebene schwingenden Zeigers 27 kann auch für sich, ialso unabhängig von der speziellen Art des Übersetzungsgietriebes, bei Barometern oder anderen Druckmessern verwendet werden, um eine größere Zeigerlänge zu erhalten.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Instrument zur Messung·!verändern licher Kräfte, insbesondere Barometer, dessen unter Einwirkung der zu messenden Kräfte bewegliches Meßorgan mit einem die Ablenkung des Meßorgans anzeigenden Zeiger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übersetzungsgetriebe, das in an sich bekannter Weise aus einem zwischen zwei unter Einwirkung der zu messendem. Kräfte gegeneinander beweglichen Teilen (18, 21) eingespannten, unter Federspannung stehenden Bandsystem (19, .20, 19',.20') besteht die Bewegungen des Meßargans "(2) auf einen Zeiger (27) überträgt, dessen Drehachse zu der Richtung·, in der das Bandsystem zwischen .den Einspannpuinkten ge- streckt wird, parallel -.oder- im. wesentlichen parallel ist. ^ ..'...;:
2. 2. Instrument nach Anspruchs; I, bei welchem die Bänder oder Drähte,.des Bandsystems durch Federspan&ung.. in Winkel gebogen sind,, dadurch gekennzeichnet, .... daß die Bänder oder ; Drähte (19, 20, 19', 20'), deren Knickpunkte mit dem Zeiger verbunden sind, in getrenntein. Ebenen (a, b, c bzw. a', b', c') gespannt sind,; die in der Nullstellung des Zeigers im wesentlichen tangential stehen zu 'einer kreiszyEndiischen Fläche, deren Achse mit der Drehachse des Zeigers zusammenfällt. ■-:.· ..--„
3. 3. Instrument nach-Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger^ 3:7;) elastisch aufgehängt ist, so daß er- an den Bewegungen des 'Bandsystems in der Richtung, in der dieses gestreckt wird, also parallel oder im wesentlichen..parallel zur Drehachse des Zeigers, teilnehmen kaiin.".
4. 4. Instrument -nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandsystem zu-., gleich als elastische Aufhängevorrichtung für den Zeiger dient.
5. 5. Instrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Knicfepunkte. der in Winkel gebogenen Biänder oder Drähte, durch ein steifes Verbindungsstück (30') miteinander verbunden sind, welches Verbindungsstück als Träger für den 'Zeiger (27) dient. ; .. -,-
6. . 6. Instrument nach.Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der erforderlichen Richtkraft und zur Span- ' nung des 'Bandsystems besondere Spannfedern (32, 32') vorgesehen sind, die vom Gewicht des Zeigersystems' entlastet sind und daher nur . nach . der. gewünschten Richtwirkung bemessen werden.
7. 7. Instrument nach Anspruch i, bei wel-

   diem am Meßorgan der eine Schenkel einer am anderen Ende im Gestell befestigten U -förmigen Blattfeder (4) eingreift, die den zu messenden Kräften entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandsystem zwischen den beweglichen Schenkel dieser Blattfeder und das Ge- stell eingespannt ist.
8. 8. Aneroidbarometer o. dgl. mit senkrechter Achse, an dessen Membran ein Federsystem angreift, das dem Luftdruck entgegenwirkt und dessen Spannung zwecks Ablesung des Instruments nach der Nullmethode mittels einer Nuilstellvorrichtung¹ mit zentraler Achse reguliert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Membran verbundener NuLL-zeiger (27) im eine zur zentralen Achse der Nullstellvorrichtung parallel, zweckmäßig exzentrisch angeordnete Drehachse (24) schwingbar ist und in seiner Nullstellung eine diametrale Stellung einnimmt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen